随着我国对于产业结构的调整以及绿色发展的需求,煤层气等清洁能源越来越受到人们的青睐。晋城矿区是我国煤层气的重要产地,为了实现区内煤层气资源的高效、安全、经济抽采,对煤层气定向井施工过程中的关键技术进行研究有十分重要的意义。本文以中煤科工集团西安研究院有限公司晋城矿区ZH-L-03煤层气定向井项目为依托,通过理论分析、MATLAB模拟计算等方法,优化该井的井位布置、井身结构、轨迹设计;分析各种因素对井眼轨迹的影响,进一步得出研究区内影响轨迹稳定性的主要因素;综合研究区地层条件及类似定向井偏移规律得出造斜过程中实钻井眼轨迹易发生的孔段,通过FLAC 3D数值模拟计算,研究钻遇地层的应力分布、位移矢量及位移云图,定性地评价了钻孔轨迹偏移的影响机理;在分析轨迹控制机理的基础上,根据实际施工情况制定了分井段轨迹控制的技术手段;通过理论分析及现场试验,分析钻井液系统对井壁稳定性的影响,进一步选用配方及性能参数适宜于研究区的钻井液。“直-增-稳”二维定向井是抽采研究区煤层气的最佳施工井型;井位应布置在瓦斯含量高、构造相对简单的区域;当造斜点垂深为V1=617.62m,增斜率Kα=6.88°/30m,增斜角α=27.92°,此时井眼轨迹长1808.91m且为最短,达到了优化轨迹的目的。地质因素及技术因素均会在一定程度上导致钻井轨迹的偏移,就研究区而言,深度在790m~860m砂质泥岩与粉砂岩组成的软硬互层是影响井眼轨迹稳定性的主要因素。在定向造斜段,钻进过程会打破原本的地应力平衡,钻头与岩石接触部位出现应力集中区以及塑性变形区,当钻具从硬岩进入软岩时,由于硬岩的岩石强度较大,阻止倾角变化,导致了钻孔轨迹的偏移;基于轨迹控制机理,通过优选钻井设备、钻具组合及钻进规程参数,采用分段式轨迹控制方案,可使钻进高效且施工结果满足设计要求。钻井液各性能参数均会对井壁稳定性产生影响,优选钻井液密度、pH值、含砂量、粘度等参数可达到定向钻井施工高效、安全、经济的目的。